Benjamin Dillenburger : « La digitalisation de la construction est amenée à s’imposer »

Benjamin Dillenburger est architecte et professeur de Digital Building Technologies à l’ETH Zurich. Au sein du Pôle de Recherche National Suisse dédié à la Digital Fabrication (le NCCR dfab), il a notamment oeuvré en 2019 à la construction de la DFAB HOUSE, un bâtiment habitable conçu et réalisé par des robots. Nous avons exploré avec lui les futurs possibles de la construction. Parametric design, robotisation, et surtout impression 3D : aucun sujet brûlant n’a été oublié !

Comment définir la fabrication numérique (Digital Fabrication)

Au sens large, c’est un procédé qui se définit par l’utilisation d’un ordinateur ou de technologies de l’information entre la fin de la conception et la matérialisation d’un ouvrage. Au cours de ce processus, il y a toujours un moment ou les objets à fabriquer sont représentés sous forme de données. C’est un terme générique derrière lequel on peut ranger la fabrication robotique, l’impression 3D, des procédés entièrement automatisés ou la collaboration humains/machines. La notion intègre également la pré-fabrication à partir de machines à commande numérique ou l’utilisation de technologies numériques sur le lieu de construction.

Faites-vous une différence entre la robotisation et l’impression 3D ? 

La définition de l’impression 3D peut se résumer à la création d’objets à partir de matériaux bruts, d’énergie et d’information. Les imprimantes 3D sont des robots. Cela dit, la fabrication robotique va plus loin. Elle intègre les bras robotiques capables de déformer la matière, ou des systèmes de découpe. Elle concerne également la fabrication additive (additive manufacturing), qui se rapproche de l’impression 3D à couches successives, mais qui peut également impliquer des objets déjà transformés. C’est le cas avec les technologies de maçonnerie additive par exemple (additive bricklaying).

Quel est votre champ de recherche spécifique dans le domaine de la Digital Fabrication ?

Mes domaines de prédilection sont la fabrication additive à grande échelle et l’impression 3D. Depuis quelques années, on assiste à un véritable engouement autour de de ces technologies dans la construction. Je pense que cet enthousiasme est justifié car l’impression 3D permet d’imaginer des ouvrages non-standardisés et personnalisés, tout en proposant un mode de fabrication hautement automatisé.

Il ne s’agit pas d’imprimer entièrement les bâtiments, mais plutôt d’utiliser l’impression 3D dans la préfabrication, afin de créer des éléments personnalisables, à la géométrie plus complexe, qui utilisent moins de matériau. Notre recherche consiste à identifier la bonne stratégie d’impression 3D. Les questions d’échelles sont incontournables. Dans la plupart des cas, l’imprimante est plus petite que la pièce finale et nous devons imaginer comment assembler des structures issues de pièces imprimées en 3D. Nous travaillons également sur les propriétés des matériaux imprimés et sur la conception optimale des ces éléments en amont.

Vous avez notamment abordé la question de l’économie de matière. 

Pour la première fois, l’impression 3D nous permet de décorréler la complexité de la forme et les contraintes de fabrication. Pour certaines machines, l’impression d’un objet complexe ou d’un cube rectangulaire ne fait aucune différence. On peut donc imaginer des formes plus intelligentes et adaptées à chaque usage, qui sont toujours plus élaborées que les éléments standardisés. Aujourd’hui, la création d’un objet creux mais solide, inspiré de la structure poreuse des os par exemple, n’est possible qu’à partir de l’impression 3D.

Quelle est la maturité de la technologie ? Allons-nous vers une omniprésence de l’impression 3D ? 

Je ne suis pas sûr que nous ayons besoin de tout imprimer ! Quoi qu’il en soit, il existe de très nombreuses méthodes d’impression 3D, qui n’ont pas toutes le même niveau de maturité. Dans certains domaines de l’architecture, la technologie est déjà utilisée. C’est le cas pour des éléments de jointure métallique très spécifiques, ou pour fabriquer les moules qui servent à produire ces pièces.

Dans l’ensemble, nous sommes encore aux prémices de la digitalisation de la construction. Mais il est indubitable que ces méthodes vont s’imposer à l’avenir, certaines plus rapidement que d’autres. Dans le cas du béton extrudé par impression 3D, la technologie est plus ou moins prête. Il faut maintenant créer des standards et effectuer les tests nécessaires à une utilisation à grande échelle.

Financièrement, la technologie est-elle intéressante ?  

Pour la fabrication de pièces sur-mesure, l’impression 3D est déjà la solution la moins chère dans la plupart des cas. Sur de petits volumes de pièces, c’est également vrai. L’intérêt de l’impression 3D reste encore très lié à la complexité des éléments. Une chose est sûre cependant : les coûts de l’impression 3D baissent rapidement, ce qui la rend intéressante sur des volumes d’objets de plus en plus importants.

Quels types d’imprimantes utilisez-vous ? 

Nous utilisons des imprimantes existantes, binder jet (jet de liant) pour le métal ou FDM (dépôt de fil fondu) pour le plastique. Ces dernières sont faciles à monter en parallèle, ce qui nous a permis de créer une « printing farm ». Nous utilisons également l’impression robotique, pour le béton extrudé par exemple. Dans ce cas précis, nous avons développé nous-mêmes nos machines.

Cette nouvelle forme de construction transforme les métiers et les compétences… 

Les compétences utiles et les tâches à accomplir sont en train de changer. La fabrication numérique participe à cette mutation. Dans notre domaine, les roboticiens, les ingénieurs informatique, les ingénieurs structure, les chercheurs en matériaux et les architectes travaillent ensemble à l’invention de nouveaux procédés. Ces nouvelles manières de construire permettent de réunir des disciplines qui sont aujourd’hui trop séparées. L’aspect « beaux-arts » de l’architecture et l’aspect ingénierie se retrouvent de manière organique dans l’utilisation des technologies numériques.

À côté de ça, le niveau d’automatisation va continuer à augmenter, à la fois dans les phases de conception et de construction. Il faut se préparer à une plus grande collaboration entre humains et machines. Concernant la question de l’emploi, je suis optimiste. Pour certains métiers particulièrement difficiles et pénibles, les entreprises peinent à trouver la main d’oeuvre. Ce type de tâche mérite sans doute d’être automatisée. Quoi qu’il en soit, la partie la plus intéressante du travail, la plus créative, n’est pas encore prête à être remplacée.

L’automatisation pose en effet la question de la créativité ? Est-ce un frein ou un moteur ? 

Tout dépend de la manière dont nous utilisons les technologies d’automatisation. Il suffit d’un regard critique sur l’environnement bâti pour constater qu’il existe déjà un manque de créativité. Dans ce contexte, un plus haut degré d’automatisation et de fabrication numérique doivent nous permettre de créer des bâtiments plus spécifiques et plus originaux. Du point de vue de l’architecte, la fabrication numérique nous permet également d’imaginer des objets qu’il était impossible de fabriquer il y a 10 ans. Nous sommes en train de repousser les frontières du possible.

Quels sont les freins au développement de ces technologies ? 

Pour l’impression 3D, un des grands défis touche aux propriétés des matériaux. Il s’agit aujourd’hui d’atteindre les standards connus dans la construction classique. Les questions des volumes et de la vitesse d’impression sont également au coeur des enjeux. Le potentiel de la fabrication numérique ne sera atteint que lorsque toute la chaine du bâtiment sera intégrée. Nous avons besoin que la conception et la construction travaillent ensemble sur des procédures numériques, sur une culture commune. Il faut regarder la construction de manière holistique. Chaque partie prenante doit prendre conscience du potentiel de ces technologies et expérimenter pour que les pratiques se développent à plus grande échelle.

Vous avez en partie répondu à cette question, mais comment imaginez-vous le futur de la construction ?  

Je crois que la construction doit répondre à deux défis majeurs : le logement abordable et les défis environnementaux. Cette réponse passe par la digitalisation de tout le cycle de vie du bâtiment. Avec la fabrication numérique, l’architecture est moins limitée, la construction est plus productive, l’utilisation des matériaux est plus économe…

C’est un sujet qui va bien au delà de la simple construction, c’est un sujet de société qui va transformer le visage de nos villes. Aujourd’hui, nous passons entre 80% et 90% de nos vies dans des bâtiments, c’est une question cruciale.

DFABHOUSE Smart Slab – Andrei Jipa

Pouvez-vous nous donner des exemples d’applications ? 

On peut citer la dfab House. C’est un démonstrateur à l’échelle, où converge une bonne partie de nos recherches. Le bâtiment est entièrement construit par des robots et des imprimantes 3D. Malgré le nombre important d’innovations radicales qui ont présidé à sa construction, la première chose qui frappe les visiteurs reste l’atmosphère et les qualités architecturales du bâtiment. Les questions viennent dans un second temps : « Mais comment cela a-t-il été construit ? Comment est-ce possible ? ».

L’exemple de la Sagrada Familia est également intéressant. C’est un chantier qui a débuté il y a plus d’un siècle en utilisant l’état de l’art des technologies. Des décennies plus tard, il est toujours à la page et intègre de la fabrication numérique. Aujourd’hui, les maçonneries complexes de la cathédrale font l’objet d’un prototypage rapide grâce à l’impression 3D.

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Pour relever le défi de la transformation des territoires et des modes de vie, le groupe VINCI a créé Leonard. Notre objectif ? Fédérer une communauté d'acteurs pour construire ensemble la ville de demain.